Transcript 17.워터피아(연세대)

수돗물/정수기 내 병원성 미생물 실시간 모니터링 기술 개발
워터피아
오제일¹, 김예진 ¹ , 최지웅 ¹, 김명진²
1. 연세대학교 토목환경공학과
2.
연세대학교 시스템생물학과
결과 및 토의
과제목표
 선택적 평판 배지 (HPC) 검출 결과
• 과제 필요성
현행 수질 공정시험기준:
선택적 평판 배지 (HPC)
시간적 제약(1~2일)
FCM을 통한 병원성 미생물
분석 기술의 부재
• 과제목표
1) 옥내 배수관내 미생물 유해성을 실시간 모니터링 가능한 알고리즘 개발
2) 개발된 알고리즘을 적용한 가상 시스템 제안
[그림 4] 옥내 급수관 종류 및 연수
에 따른 병원성 세균 배양 검출 (E.
coli와 B. cereus colonies) 결과
[그림 3] 옥내 급수관 종류 및 연수
에 따른 전체 미생물 배양 검출
과제 순서도
HPC
+
qPCR
FCM
공용배관에서 다른 관의 종류보다 높은 병원성 세균 colony 수
가 관측되었다. 이는 옥내 급수관 중 특히 공용배관에 미생물
오염에 대한 모니터링이 필요하다는 점을 시사한다.
 다중 회귀 분석 결과
알고리즘 개발
validation
Shannon
25%
50%
75%
R
-
O
O
O
0.683
0.466
O
O
O
O
0.683
0.466
E. Coli
[표 1] 다중 회귀 분석 결과 중 최적값 선택
활용 방안 및 정책적 제언
수행 방법
 선택적 평판 배지 (HPC)
독립변수의 수가 적은 (식 1)이 통계적으로 유리하고, 실시간이 가
능한 FCM 분석만으로 유해성 미생물 산정이 (식 1)을 통해서 가능
하므로 (식 1)을 미생물 유해도 진단 최적 산정식으로 제시한다.
( 식 1 ) 𝑦 = 10.19𝑥25 − 14.155𝑥50 + 9.957𝑥75 − 15.458
( 식 2 ) 𝑦 = 0.874𝑥𝑠 + 10.272𝑥25 − 14.345𝑥50 + 9.789𝑥75 − 14.933
Validation
예측된 병원성 E. coli colony 수
(log scale)가 측정치 값들과 유
사한 경향을 보이고 있다.
𝑹𝟐 =0.7776
[그림 6] (식 1)을 이용한 병원성 E.
coli colony 수 (log scale) 예측과
측정 결과 비교
[그림 1] 인체 병원성 E. coli(위)와 Bacillus (아래) 배양 검출하는
선택적 평판 배지 전경
전반적으로 선형 비례 관계를
보이고 있지만 낮은 미생물
농도에서 다소 낮은 유의성을
보이고 있다. →보정 필요
𝑹𝟐 =0.6907
 qPCR
전체 박테리아의 양을 측정하기 위해서 qPCR을 이용해서 박테
리아의 16S rRNA 유전자를 증폭하고, 증폭 정도를 실시간으로
분석하였다.
 FCM (flow cytometry)
[그림 7] 미생물 농도가 낮은 정수지
시료들에 (식 1)의 예측능력을 비교
분석한 결과
활용 방안
• 활용방안
- 수질 모니터링 시스템 구축
- 수도관의 노화도와 교체시기 예측 지표
공용배관에 키트 설치
[그림 2] FCM cell counts 분포와 히스토그램 결과 예시
FCM을 통해 분석한 미생물 전체 분포 축적 히스토그램에서 25
percentile (X25), 50 percentile (X50), 그리고 75 percentile (X75)을
독립변수로 고려하였다.
 SPSS (다중 회귀 분석)
- 종속변수 : E. coli, Pathogen, qPCR
- 독립변수 : FCM 결과값(25%, 50%, 75%), Shannon Index 값 (Xs)
위의 종속변수와 독립변수의 다양한 조합에 대해서 다중 선형 회귀분석을 수
행하였다.
• 기대효과
- 수질의 신뢰성 확보 & 수인성 질병예방
- 경제적 비용과 시간 단축
→ flow cytometer 기계 당 약 450만
원. (정부 지원 필요성有)
초기비용은 크지만 유지비용이 적어
충분한 경제적 비용 절감 예측 가능.
• 정책적 제언
[그림 8] 개발된 알고리즘을
적용한 수돗물 유해성 가상 진
단 시스템
- 수질검사대상 기준 및 옥내 급수관 검사
주기 변경
- 옥내 급수관 수질검사 항목 추가